淺析副立井提升設(shè)備選型設(shè)計(jì)

賈 瑞

(同煤集團(tuán)大斗溝煤業(yè)公司，山西大同 037000)

0 引言

副立井承擔(dān)著提升設(shè)備、材料、矸石和人員的任務(wù)，其設(shè)備配置造型關(guān)乎礦井生產(chǎn)安全、效率和經(jīng)濟(jì)效益，是礦井設(shè)計(jì)十分關(guān)注的重點(diǎn)之一。結(jié)合實(shí)例，本文對(duì)副立井提升設(shè)備進(jìn)行造型計(jì)算。

1 礦井概況

同煤集團(tuán)大斗溝煤業(yè)公司某礦井副立井井筒凈直徑為8．0 m，井口標(biāo)高+919．650 m，井底標(biāo)高 +505 m，井筒深度445 m(包括井底水窩)。計(jì)劃設(shè)置兩套提升系統(tǒng)，提升高度414．65 m。主提升容器為一對(duì)1．5 t礦車雙層四車多繩罐籠(加長(zhǎng)型)，其中窄罐籠凈寬為1 200 mm，寬罐籠凈寬為1 670 mm。為了滿足整體裝運(yùn)液壓支架的需要，罐籠長(zhǎng)度在1.5 t礦車標(biāo)準(zhǔn)罐籠的基礎(chǔ)上加長(zhǎng)1 300 mm，罐道間距6 400 mm，端面矩形鋼罐道。井上、下進(jìn)出車方向?yàn)楫悅?cè)。窄罐籠承擔(dān)礦井矸石、材料、一般設(shè)備及人員升降任務(wù)，寬罐籠除了承擔(dān)上述任務(wù)外，還承擔(dān)大型機(jī)電設(shè)備升降任務(wù)。輔助提升容器為一臺(tái)四繩長(zhǎng)材交通罐籠配平衡錘，交通罐可乘36人，用于人員的升降和長(zhǎng)材料的下放。

2 雙罐籠提升設(shè)備選擇和設(shè)計(jì)

2．1 設(shè)計(jì)依據(jù)

提升方式:立井雙罐籠提升;井筒直徑:8 m;提升高度:+414．65 m;最大班下井工人:350人;

罐籠:1．5 t礦車雙層四車多繩罐籠，自重(包括懸掛及配重)25 t，最大乘人數(shù)98人(寬罐)，72人(窄罐);

礦車:MG1．7-6A，自重 720 kg，額定載重 1．5 t，最大載重 2．7 t。

2．2 方案比選

對(duì)副立井雙罐籠提升設(shè)備設(shè)計(jì)考慮了兩種方案，方案Ⅰ為塔式提升機(jī)，方案Ⅱ?yàn)槁涞厥教嵘龣C(jī)。兩種方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果見副立井雙罐籠提升方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果表1。

通過以上比較可知，方案Ⅱ落地式提升投資比方案Ⅰ塔式提升高393萬元，但考慮到落地式提升方案可以縮短占用井口的時(shí)間(約3個(gè)月)，為使副立井盡快形成提升能力，根據(jù)礦方溝通，本設(shè)計(jì)選用落地式提升方案。

表1 副立井雙罐籠提升方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

2．3 選型計(jì)算

副立井井筒凈直徑為8．0 m，設(shè)置兩套提升系統(tǒng)，提升高度414．65 m。

懸掛長(zhǎng)度:Hc=414．65+43=457．65 m

懸垂長(zhǎng)度:Hx=457．65+23=480．65 m

鋼絲繩必需最小安全系數(shù):

提升物品鋼絲繩的最小安全系數(shù)［m］物=8．2－0．000 5 × Hc=7．97

提升人鋼絲繩的最小安全系數(shù)［m］人=9．2－0．000 5 × Hc=8．97

首繩選用44 ZAB 6V×37S+FC 1570型鋼絲繩，d=44 mm，Pk=8．23 kg/m，QP=1 140 ×1．177=1 341．78 kN，σB=1 570 MPa。

尾繩選用187×29 B PD CR 8×［4×19］+FC 1470型扁鋼絲繩，b=187 mm，h=29 mm，Pk=16．8 kg/m，σB=1 470 MPa。

計(jì)算最大靜張力:

鋼絲繩的最大靜張力F繩=(2×16．8×437．65+4 ×8．23 ×43)/1 000=16．121 t

提升大件的時(shí)候鋼絲繩的最大靜張力Fj大件=(25+25+16．121) × g=648．647 kN

提升矸石的時(shí)候鋼絲繩的最大靜張力Fj矸=(25+4 × (2．7+0．72)+16．121) × g=537．598 kN

提升人的時(shí)候鋼絲繩的最大靜張力Fj人=(25+98 ×0．075+16．121) × g=475．501 kN

式中:g=9．81(重力常數(shù))

鋼絲繩計(jì)算安全系數(shù):

計(jì)算最大靜張力差:

Fc大件=(12．5+0．282) × g=125．391 kN(另一側(cè)配 12．5 t)

Fc矸=(4 ×2．7+0．282) × g=108．714 kN(另一側(cè)配4輛空礦車)

Fc人=(98 ×0．075+0．282) × g=74．87 kN

根據(jù)以上計(jì)算，選用JKMD-4×4(Ⅲ)E型多繩摩擦式提升機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如下:

摩擦輪直徑:4 m;繩間距:350 mm;最大靜張力:690 kN;最大靜張力差:180 kN。

2．4 運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)計(jì)算

提升機(jī):22．1 t;天輪:2 ×7．775=15．55 t;電動(dòng)機(jī):4 ×16．258/42=4．064 5 t;罐籠:2 ×25=50 t;鋼絲繩:35．252 t。

空運(yùn)行變位質(zhì)量:M空=126．967 t

提大件變位質(zhì)量:M大件=164．467 t

提矸石變位質(zhì)量:M矸=143．527 t

提人變位質(zhì)量:M人=134．317 t

一次提升循環(huán)時(shí)間:Tg矸=104．7 s;Tg材=152．7 s;Tg人=131．07 s。

電動(dòng)機(jī)校驗(yàn)(按提升大件計(jì)算):

等效時(shí)間:Td=104．7 s;等效力:Fd=128．593 kN;等效功率:Pd=1 154．19 kW。

電動(dòng)機(jī)功率備用系數(shù):K=1 400/1 154．19=1．21。

電動(dòng)機(jī)過載能力校驗(yàn):

摩擦襯墊比壓驗(yàn)算:

2．5 防滑驗(yàn)算

襯墊摩擦系數(shù):μ =0．25;圍包角:α =182．44°;摩擦常數(shù):eμα=2．216 76;天輪變位質(zhì)量:QD=QE=7．775 t。

鋼絲繩不平衡質(zhì)量:Δ =(2×16．8－4×8．23)×415/1 000=0．282 t

取制動(dòng)力 FT=385 kN ＞125．391 ×3=376．173 kN，故系統(tǒng)無需二級(jí)制動(dòng)。

提升大件滑動(dòng)極限減速度4．032 m/s2;下放大件滑動(dòng)極限減速度2．445 m/s2;空載下放安全制動(dòng)減速度3．010 ＜3．096 m/s2。

由以上計(jì)算結(jié)果可知，提升系統(tǒng)滿足防滑性能要求。

3 副立井交通罐提升設(shè)備

副立井交通罐提升設(shè)備主要承擔(dān)零星人員和長(zhǎng)材的提升，提升方式為單罐+平衡錘形式。罐籠自重12．3 t(包括首、尾懸掛)，雙層乘人，一次最多乘36人，長(zhǎng)材一次提升量3 t。平衡錘自重13．8 t(包括首、尾懸掛)。設(shè)備與副立井雙罐籠提升設(shè)備布置在同一個(gè)機(jī)房?jī)?nèi)。

3．1 設(shè)備選型設(shè)計(jì)與計(jì)算

懸掛長(zhǎng)度:Hc=414．65+32．2=446．85 m

懸垂長(zhǎng)度:Hx=446．85+21=467．85 m

必須安全系數(shù):

首繩選用28 ZAB 6V×33+FC 1570型鋼絲繩，d=28 mm，Pk=3．11 kg/m，QP=443 × 1．177=521.411 kN，σB=1 570 MPa。

尾繩選用113×19 B PD CR 8×［4×7］+FC 1470型扁鋼絲繩，b=113 mm，h=19 mm，Pk=6．15 kg/m，σB=1 470 MPa。

計(jì)算最大靜張力:

Fj材=(12．3+3+(2 ×6．15 ×21+4 ×3．11 ×446．85)/1 000) × g=207．2 kN

Fj人=(12．3+36 × 0．075+(2 × 6．15 ×21+4×3．11 ×446．85)/1 000) × g=204．2 kN

鋼絲繩計(jì)算安全系數(shù):

計(jì)算最大靜張力差:

選用JKMD-2．8×4(Ⅰ)E型多繩落地摩擦式提升機(jī)，配行星齒輪減速器，其主要技術(shù)參數(shù)如下:

摩擦輪直徑:2．8 m;繩數(shù):4根;最大靜張力:335 kN;最大靜張力差:95 kN;減速比:10．5;提升速度:5．5 m/s。

配套YBFJ450型變頻電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:36 kg·m2。

3．2 運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)計(jì)算

系統(tǒng)變位質(zhì)量:

提升機(jī):9．82 t;天輪:2 × 3．44=6．88 t;鋼絲繩:12．447 t;長(zhǎng)材:3 t;人員:2．7 t。

空載變位質(zhì)量:M空=57．272 t

長(zhǎng)材變位質(zhì)量:M材=60．272 t

提人變位質(zhì)量:M人=59．972 t

一次提升循環(huán)時(shí)間:

電動(dòng)機(jī)校驗(yàn)(按提升長(zhǎng)材計(jì)算):

等效時(shí)間:Td=90．9 s;等效力:Fd=24．613 kN;等效功率:Pd=147．145 kW。

電動(dòng)機(jī)功率備用系數(shù):K=280/147．145=1．9

電動(dòng)機(jī)過載能力校驗(yàn):

摩擦襯墊比壓驗(yàn)算:

3．3 防滑驗(yàn)算

襯墊摩擦系數(shù):μ =0．25;圍包角:α =182．238°;摩擦常數(shù):eμα=2．214 8;天輪變位質(zhì)量:QE=QD=3．44 t。

取制動(dòng)力 FT=120 kN ＞15．284×3=45．852 kN，故系統(tǒng)無需二級(jí)制動(dòng)。

空載下放安全制動(dòng)減速度2．362＜3．411 m/s2。

4 中央盤區(qū)輔助運(yùn)輸斜巷提升設(shè)備

4．1 設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)

斜長(zhǎng):98．59 m;傾角:18°;

最大班提升量:

矸石:100 t;設(shè)備及其它:6次;最大件質(zhì)量:33 t。

礦車:1．5 t，自重720 kg，最大載重2 700 kg。

4．2 鋼絲繩

列車組成:提矸一次串4輛礦車。

提升長(zhǎng)度:Lt=99．59+16．5=116．09 m

懸垂長(zhǎng)度:LC=116．09+22=138．09 m

繩端荷重:

選用34 ZAB 6V×18+FC 1570型鋼絲繩，d=34 mm，PK=4．76 kg/m，σB=1 570 MPa，QP=680 ×1．156=786．08 kN。

計(jì)算最大靜張力:

鋼絲繩安全系數(shù):

m=786．08/115．828=6．787 ＞ 6．5，鋼絲繩滿足要求。

4．3 提升機(jī)

計(jì)算滾筒直徑:Dm=60×34=2 040 mm

選用JKB-2．1/31．5X型單繩纏繞式防爆提升機(jī)。其主要技術(shù)參數(shù)如下:

卷筒直徑:2．1 m;最大靜張力:120 kN;減速比:31．5。

4．4 天輪

選用 TD1400/740(1)型游動(dòng)天輪，直徑1 400 mm。

4．5 電動(dòng)機(jī)

選用YBP型防爆變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)。其主要技術(shù)參數(shù)如下:

額定功率:315 kW;額定電壓:660 V;額定轉(zhuǎn)速:590 r/min;轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:160 kg·m2。

實(shí)際提升速度:v=590×π ×2．1/(60×31．5)=2．05 m/s

4．6 電動(dòng)機(jī)校驗(yàn)(按提升大件)

系統(tǒng)變位質(zhì)量:

提升機(jī):17 t;大件:33 t;平板車:2 t;變位質(zhì)量:M空=197 t;一次提升循環(huán)時(shí)間:Tg=252．3 s。

等效時(shí)間:

等效功率:

過載能力校驗(yàn):

電動(dòng)機(jī)富裕系數(shù):af=315/241．39=1．3，電動(dòng)機(jī)滿足要求。

4．7 輔助運(yùn)輸斜巷最大班作業(yè)時(shí)間

最大班作業(yè)時(shí)間平衡表見表2，最大班作業(yè)時(shí)間為 t=1．59 h。

表2 輔助運(yùn)輸斜巷最大班作業(yè)時(shí)間平衡表

5 結(jié)論

(1)提升設(shè)備選型設(shè)計(jì)過程中要嚴(yán)格按照實(shí)際情況對(duì)鋼絲繩安全系數(shù)、天輪、電動(dòng)機(jī)校驗(yàn)、最大班作業(yè)時(shí)間等進(jìn)行測(cè)算，以達(dá)到安全、高效的工作運(yùn)行能力，全面保障礦山的安全生產(chǎn)。

(2)副立井雙罐籠提升設(shè)備選用JKMD-4×4(Ⅲ)E型多繩摩擦式提升機(jī)，配ZKTD250/67型電動(dòng)機(jī)，首繩選用44 ZAB 6V×37S+FC 1570型鋼絲繩，尾繩選用187×29 B PD CR 8×［4×19］+FC 1470型扁鋼絲繩;副立井交通罐提升設(shè)備選用JKMD-2．8×4(Ⅰ)E型多繩落地摩擦式提升機(jī)，YBFJ450型變頻電動(dòng)機(jī)，首繩選用28 ZAB 6V×33+FC 1570型鋼絲繩，尾繩選用113×19 B PD CR 8×［4×7］+FC 1470型扁鋼絲繩。

(3)中央盤區(qū)輔助運(yùn)輸斜巷提升設(shè)備選用JKB-2．1/31．5X型單繩纏繞式防爆提升機(jī)，配YBP型防爆變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，選用34 ZAB 6V×18+FC 1570型鋼絲繩。